速率(rate) 告诉你多快达到平衡。平衡位置(position) 告诉你达到平衡后有多少生成物。一个改变可能只影响其中一个,也可能两个都影响。在可逆反应与化学平衡这一单元,把两者分开写是得分的关键。
两个不同的问题
| 问题 | 关于 | 答案用词 |
|---|---|---|
| 多快达到平衡? | 速率 | 更快、更慢、更早、更晚 |
| 最后有多少生成物? | 位置 | 更多生成物、更少生成物、向右/向左移动 |
在草稿上写两个标题:“速率”和“位置”,每个改变在每个标题下各回答一次。
四种改变的比较
| 改变 | 对速率的影响 | 对平衡位置的影响 |
|---|---|---|
| 加入催化剂 | 更快,两个方向相同 | 无变化 |
| 升高温度 | 更快,两个方向都加快 | 向吸热方向 |
| 增大压强(气体) | 更快 | 若两边气体分子数不同,向分子数较少的一边 |
| 增大反应物浓度 | 起初更快 | 向生成物方向 |
催化剂这一行是考官最爱考的,因为诱人的答案“它提高产率”是错的。催化剂不会让反应走得更远;它只让反应更早到达。
例题
对于反应 N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g),正反应放热。描述每个改变对 (i) 达到平衡的速率和 (ii) 氨的平衡产率的影响。
A. 加入铁催化剂。 (i) 更快,因为催化剂为两个反应提供能量更低的途径。(ii) 无变化,因为两个反应被加快的程度相同。
B. 升高温度。 (i) 更快,因为粒子能量更高,更频繁地以足够的能量碰撞。(ii) 产率降低,因为温度升高有利于吸热的逆反应。
C. 增大压强。 (i) 更快,因为气体粒子靠得更近,碰撞更频繁。(ii) 产率提高,因为左边 4 个气体分子、右边 2 个,平衡位置向 NH₃ 方向移动。
三个相同的改变每次都让速率“更快”,但产率却分别是:无变化、下降、上升。这个对比就是整节课的重点。
需要留意的错误
错误答案: “升高温度会提高氨的产率,因为反应更快。”
这是用速率的事实去回答平衡位置的问题。
更正是给出两个分开的陈述:“升高温度使反应更快。但正反应放热,所以平衡位置向反应物方向移动,氨的平衡产率下降。”如果题目只问产率,就只给第二个陈述;如果问多快,就只给第一个。
自我检测
1. 在平衡状态的可逆反应中加入催化剂。描述它对平衡位置和达到平衡所需时间的影响。
查看答案
位置: 无变化,因为两个方向被加快的程度相同。时间: 缩短,因为催化剂降低了两个反应所需的能量。
2. 对于 H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g),增大压强。说明对速率和位置的影响。
查看答案
速率: 更快,因为粒子靠得更近,碰撞更频繁。位置: 无变化,因为两边各有 2 个气体分子。
3. 对于正反应放热的 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃,降低温度。说明对速率和 SO₃ 产率的影响。
查看答案
速率: 更慢,因为碰撞时能量足够发生反应的粒子更少。产率: 更高,因为冷却有利于放热的正反应。
接下来学什么
现在你可以处理真正的工业问题:描述产率与速率的折中,在那里,提高产率的条件和提高速率的条件拉向不同方向。
如果“更快”和“更多”在你的书面答案里仍然模糊,线上一对一化学补习的老师可以用混合例题和你一起理清。